地铁自动售票机的触摸屏控制程序设计毕业设计.docx

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地铁自动售票机的触摸屏控制程序设计毕业设计

本科生毕业设计

地铁自动售票机的触摸屏控制程序设计

Touchscreencontrolprogramdesignofthesubwayticketmachines

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

跟随计算机技术的猛速发展，计算机在每行每业管理中应用的普及，使用计算机实现每行每业信息化的管理已经势在必行。

这个系统是根据行业管理中实际的地铁售票系统运行过程中的需求并且经过了实际的需求分析，采用强大功能的WinCCflexible、STEP7MicroWIN做为这个系统的开发工具。

本着整个系统的设计符合操作简便快捷、灵活实用、易上手的要求出发，完成了售票管理的基本过程。

论文主要涉及到触摸屏与PLC之间的通信问题以及PLC程序执行等问题，所要完成的功能和开发的过程。

经过整理，它使用西门子公司的WinCCflexibl、STEP7MicroWIN等开发工具。

利用其提供的各种开发软件，尤其是数据窗口这个可以方便并且简洁操纵数据库的智能化对象。

首先在短时间内建立系统应用原型，然后，对初始原型系统进行需求迭代，不断修正和改进直到形成人们中意的地铁售票管理的可行性系统。

关键词：

地铁自动售票，plc，触摸屏，西门子

ABSTRACT

Followingthesharplydevelopmentofcomputertechnology,Thepopularityofcomputerapplicationinvirtuallyeveryindustryinthemanagement,Usingcomputertorealizevirtuallyeveryindustryinformatizationmanagementisimperative.Thissystemisaccordingtotheactualmetroticketingsysteminindustrymanagementoperationintheprocessofdemandanalysisandthroughtheactualdemand,usingthepowerfulfunctionofWinCCflexible,STEP7MicroWINasthesystemdevelopmenttools.

Basedonthedesignofthewholesystemconformstotheoperationconvenient,flexibleandpractical,easytofittherequirement,completestheaffairs.ThesismainlyinvolvestheproblemofcommunicationbetweentouchscreenwithPLCandPLCprogramexecution,etc,Tocompletethefunctionanddevelopmentprocess.

Afterthinking,ItUsingSiemensWinCCflexibl,STEP7MicroWINdevelopmenttools,etc.Usingthevariousdevelopmentofferedbythesoftware,particularlythedatawindowthiscanconvenientandconcisemanipulationdatabaseintelligentobjects.Buildsystemapplicationprototypeinashorttimefirst,andthen,theinitialprototypesystemneedsiteration,Alwaysreviseandimproveuntilformpeoplepreferredthefeasibilityofsubwayticketmanagementsystem.

KeyWords：

Metroticketing,PLC,Touchscreen,Siemens

1概述

1.1地铁自动售票机

日前，城市交通日益拥挤的问题越来越严重。

因此，全国各大城市都开始了地铁项目的建设。

城市与城际轨道交通的建设也逐渐成为近年国家投资的重点项目之一。

自动售检票系统（AutomaticFareCollectionSystem,简称AFC系统）是集计算机技术、通信技术、机械制造于一身的自动化售票、检票系统，是利用计算机集中控制自动售票、自动检票以及自动收费、自动统计的自动化系统，是利用计算机集中控制自动售票、自动检票以及自动收费、自动统计的自动化系统。

该系统由以下几块组成：

CC（中央计算机系统）；SC（车站计算机系统）；TVM（自动售票机）；AGM（自动检票机）；AVM（自动加值机）；BOM（人工售补票机）；E／S（编码分拣机）；TCM（自动查询机）；紧急按钮及双电源设备以及其他辅助设备。

其中，自动售票机是自动售检票系统中车站硬件设备重要的组成部分，，主要的功能就是实现无人自动售票。

本章主要介绍了论文的背景，自动售票机（TVM）发展现状，自动售票机（TVM）的工作流程及组成。

1.2触摸屏

触摸屏（touchscreen）也叫做“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。

将来，触摸屏还要走入家庭。

1.3西门子PLC

它主要由中央处理单元、输入接口和输出接口、通信接口和其他组件组成。

其中CPU可以说是PLC的核心、I/O单元之间连接现场设备和CPU接口电路，通信接口用于连接到编程器和上位机。

对于完全整体式的PLC,所有部件都是放在一个机壳内,而对于模块化的PLC,每个功能单元独立封装,叫做模板,每个模块通过总线连接,安装在框架或导轨的上面。

根据品牌的PLC在市场上很多,各种各样的品牌下还有具体型号,更具有不同的功能。

但看起来从结构、PLC具有相似的结构,包括CPU、内存、输入/输出端口,等等所组成。

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微机相同，基本构成为：

（1）中央处理单元CPU

CPU是PLC的核心，其主要作用如下。

①读取用户输入的程序，并保存至程序存储器；

②读取I/O送入的现场信号，并存入相应的数据存储器；

③执行用户程序，完成各种逻辑运算和数学运算，并输出相应的动作信号实现程序预先规定的动作；

④系统自诊断，检测CPU自身的运行状态。

（2）存储器

PLC的存储器用来存放PLC系统程序、用户程序和实时数据。

（3）输入输出接口电路

输入输出接口是PLC与现场设备之间的连接端口。

微机的I/O接口为弱电信号，工作电压5V，而PLC的输入输出口可以工作在强电，其输出接口直接和大功率设备相连接，直接驱动大型设备工作。

小型PLC通常将I/O部分集成在PLC设备上，提供的端口也较少，而对于中、大型PLC，I/O部分通常做成专门的输入输出模块，用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数的I/O模块来满足系统的需要。

为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。

用户可以方便地检查各点的通断状态。

PLC的输出接口在工业过程中通常可以实现开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制以及数据处理等功能。

（4）功能模块

如计数、定位等功能模块。

（5）其他设备

PLC还可以配备录音机、打印机、EPROM擦除器及显示屏等图形监控设备等。

1.4设计目标及任务

地铁自动售票机应用于地铁站，它能利用现代智能化技术让地铁站有限的空间发挥出最大的潜能。

地铁自动售票机采用触摸屏作为人机进行信息传递的交互界面，并利用PLC作为内部控制核心，对信息进行集中处理。

在人将信息经触摸屏输入到PLC，以及PLC将信息通过触摸屏进行显示的过程中，主要涉及到触摸屏与PLC之间的通信问题以及PLC程序执行等问题。

在该论文中详细的介绍以上问题，并将触摸屏的分类、特点、工作原理及应用场合等都做了详尽的描述。

在该系统设计中，选择西门子S7-200系列的CPU226型PLC作为地铁售票机的主机，对由触摸屏控制器输入的信息进行处理；触摸屏选择的是西门子TP177B，可通过RS485接口与PLC进行通信，它对应的组态软件是WinCCflexible。

在实现自动售票机的基本功能外，还采用自动封锁技术，对取票托盘进行了改进，使整机更加以人为本。

在这个设计中，用到的硬件有西门子S7-200PLC、西门子TP177B触摸屏和计算机。

用到的软件有STEP7MicroWIN、WinCCflexible。

所选的触摸屏是西门子TP177B，它对应的组态软件是WinCCflexible。

触摸屏是整个系统的输入和输出设备，其输入和输出是由触摸屏控制器和PLC共同完成的。

触摸屏上的每一个按钮对应的是一个过程变量，该变量是在触摸屏组态软件中进行设定的。

选择的PLC是西门子S7-200中的CPU226。

该PLC与TP177B触摸屏可以通过PPI通信协议直接进行通讯。

并且该PLC有16个输出点，在本设计中已经足够。

西门子S7-200PLC与TP177B触摸屏之间的通讯用的PPI协议。

在用计算机对PLC和触摸屏进行编程时，用PC/PPI电缆，在PLC和触摸屏之间进行连接时可采用网络电缆。

在程序设计中，除完成地铁自动售票机的正常购票外，还对取票托盘进行了改进，即增加了制票及找零动作未完成前封锁取票托盘的控制。

因为在取票和取回零钱的过程中，很多人听到票或找回的硬币发出声音后，便打开托盘去取票。

其实，此时票或找回的硬币还未到达取票口，只是在通往取票口的过程中，所以当我们在票或找回的硬币还未到达取票口前打开取票托盘的话，当票或找回的硬币到达取票口后便会冲出取票口，造成比较麻烦的后果。

在设计中，增加了解决该问题的功能，使之更加完善。

2现代触摸屏技术

2.1触摸屏概述

我们在第一章已经大致介绍了触摸屏，本节我们主要介绍触摸屏的分类。

从技术原理来区分触摸屏,大致可以分为五个基本种类:

电阻技术触摸屏、矢量压力传感技术触摸屏、红外线技术触摸屏、电容触技术触摸屏和表面声波触摸屏。

其中的电阻触摸屏技术方向是准确的,但它的价格比较高,并且易碎怕磨损;矢量压力传感技术触摸屏已成为“文物”;红外线技术触摸屏价格低廉,但外框脆弱,容易产生光干扰,曲面情况下失真;电容触摸屏的概念设计是合理的,但是图像失真问题很难得到根本解决;表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷,清晰而不容易被损坏,适于各种场合,缺点是如果屏幕表面有水滴和尘土会使触摸屏变得迟钝,甚至无法工作。

按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。

每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，关键的就是要在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。

2.2表面声波式触摸屏

2.2.1基本结构

表面声波触摸屏的基本结构是：

由强化玻璃和超声波换能器组成，超声波换能器安置在玻璃屏的边角上。

2.2.2工作原理

以右下角的X-轴发射换能器为例：

发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。

当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走最右边的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在X轴上，最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。

因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标。

发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。

当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。

接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。

之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。

除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。

其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。

三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机。

2.2.3主要优缺点

清晰度较高，透光率好。

高度耐久，抗刮伤性良好（相对于电阻、电容等有表面度膜）。

反应灵敏。

不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，寿命长（维护良好情况下5000万次）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，目前在公共场所使用较多。

表面声波屏需要经常维护，因为灰尘，油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正常发射，或使波形改变而控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用，用户需严格注意环境卫生。

必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁，并定期作一次全面彻底擦除。

2.3电阻式触摸屏

2.3.1基本结构

上、下两层玻璃屏为基板，在基板的工作面上均匀的镀上一层透明导电薄膜，两个透明导电薄膜中间用均匀分布的绝缘的透明小球隔开。

2.3.2工作原理

电阻触摸屏的工作原理主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制的，这种触摸屏屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，其中第一层为玻璃或有机玻璃底层，第二层为隔层，第三层为多元树脂表层，表面还涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的塑料层。

在多元脂表层表面的传导层及玻璃层感应器是被许多微小的隔层所分隔电流通过表层，轻触表层压下时，接触到底层，控制器同时从四个角读出相称的电流及计算手指位置的距离。

这种触摸屏利用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离仅为2.5微米。

当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。

2.3.3主要优缺点

电阻式触摸屏的优点是它的屏和控制系统都比较便宜，反应灵敏度很好，而且不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏，它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，能适应各种恶劣的环境。

它可以用任何物体来触摸，稳定性能较好。

缺点是电阻触摸屏的外层薄膜容易被划伤导致触摸屏不可用，多层结构会导致很大的光损失，对于手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好的问题，但这样也会增加电池的消耗。

电阻式触摸屏的优缺点可以归类为：

1.电阻式触控屏的精确度高，可到像素点的级别，适用的最大分辨率可达4096x4096。

2.屏幕不受灰尘、水汽和油污的影响，可以在较低或较高温度的环境下使用。

3.电阻式触控屏使用的是压力感应，可以用任何物体来触摸，即便是带着手套也可以操作，并可以用来进行手写识别。

4.电阻式触控屏由于成熟的技术和较低的门槛，成本较为廉价。

5.电阻式触控屏能够设计成多点触控，但当两点同时受压时，屏幕的压力变得不平衡，导致触控出现误差，因而多点触控的实现程度较难。

6.电阻式触控屏较易因为划伤等导致屏幕触控部分受损。

2.4电容式触摸屏

2.4.1基本结构

电容触摸屏的基本结构是：

一个单层玻璃为基板，在玻璃屏的内外表面上均匀的镀上一层透明导电薄膜，在外表面的透明导电薄膜的四个角上安